2017-2018学年高中物理新人教版选修3-1习题第1章静电场第2节库仑定律课时作业

第一章2库仑定律基础夯实一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)1．下列说法中正确的是eq\x(导学号74700039)(D)A．点电荷就是体积很小的带电体B．点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体C．根据F＝eq\f(kq1q2,r2)可知，当r→0时F→∞D．静电力常量的数值是由实验得出的解析：由点电荷的定义、库仑定律及其适用条件知A、B、C错误，D正确。2．(2016·北京大学附中河南分校高二上学期检测)如图所示，在粗糙水平面上，彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块。由静止释放后，两个物块向相反方向运动，并最终停止。在物块运动过程中，下列表述正确的是eq\x(导学号74700040)(C)A．两个物块的机械能守恒B．物块受到的库仑力不做功C．两个物块之间的库仑力逐渐减小D．物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力解析：两物块之间由于带同种电荷，它们之间存在库仑斥力，库仑力对两个物块都做正功，则机械能不守恒。故A、B错误。根据库仑定律得知：库仑力与两个物块之间的距离平方成反比，故C正确；库仑力先大于物块所受的摩擦力，后小于摩擦力，故D错误。3．(2017·上海市金山中学高二上学期期中)两个相同的金属小球A、B，所带的电量qA＝＋q0、qB＝－7q0，相距r放置时，相互作用的引力大小为F。现将A球与B球接触，再把A、B两球间的间距增大到2r，那么A、B之间的相互作用力将变为eq\x(导学号74700041)(A)A．斥力、eq\f(9F,28) B．斥力、eq\f(9F,14)C．引力、eq\f(9F,28) D．引力、eq\f(9F,14)解析：金属小球A和B，带电量分别为＋q0和－7q0，相互作用力大小为F，根据库仑定律，有：F＝keq\f(q0·7q0,r2)将两球接触后再放回原处，电荷先中和再平分，带电量变为eq\f(q0－7q0,2)＝－3q0，根据库仑定律，有：F′＝keq\f(3q0·3q0,2r2)＝eq\f(9,28)F，且表现为斥力，故A正确，BCD错误；故选：A。4．如图所示，光滑绝缘的水平面上的P点固定一个带正电的点电荷，在它的右侧N点由静止开始释放一个也带正电的小球(可视为质点)，以向右为正方向，下列选项中能反映小球运动速度随时间变化规律的是eq\x(导学号74700042)(B)解析：N点的小球释放后，受到向右的库仑力作用，开始向右运动，根据库仑定律F＝keq\f(Q1Q2,r2)可得，随着两者之间的距离的增大，小球受到的库仑力在减小，根据牛顿第二定律a＝eq\f(F,m)可得，小球做加速度减小的加速直线运动，故选项B正确。5．如图所示，上端固定在天花板上的绝缘轻绳连接带电小球a，带电小球b固定在绝缘水平面上，可能让轻绳伸直且a球保持静止状态的情景是eq\x(导学号74700043)(ACD)解析：若要使A球处于静止状态其所受的合力为零，对a球所处的各种状态进行受力分析，可知A、C、D选项中a球可能处于平衡状态。6．宇航员在探测某星球时有如下发现：eq\x(导学号74700044)(1)该星球带负电，而且带电均匀；(2)该星球表面没有大气；(3)在一次实验中，宇航员将一个带电小球(小球的带电量远小于星球的带电量)置于离星球表面某一高度处无初速释放，带电小球恰好能处于悬浮状态。则根据以上信息可以推断(BD)A．小球一定带正电B．小球一定带负电C．只改变小球的电荷量，从原高度无初速释放后，小球仍将处于悬浮状态D．只改变小球离星球表面的高度，无初速释放后，小球仍将处于悬浮状态解析：可以将带负电均匀的星球视为负点电荷，带电小球处于平衡状态，即为库仑斥力与万有引力平衡，则eq\f(kQq,r2)＝eq\f(GMm,r2)，所以正确答案为B、D。二、非选择题7.(2017·安徽省蚌埠五中、蚌埠十二中高二期中联考)把质量2g的带负电小球A，用绝缘细绳悬起，若将带电荷量为Q＝4.0×10－6C的带电球B靠近A，当两个带电小球在同一高度相距30cm时，绳与竖直方向成α＝45°角。试求：eq\x(导学号74700045)(1)B球受到的库仑力多大？(2)A球带电荷量是多少？答案：(1)2×10－2N(2)5.0×10－8解析：(1)带负电的小球A处于平衡状态，A受到库仑力F′、重力mg以及绳子的拉力T的作用，其合力为零。因此mg－Tcosα＝0 ①F′－Tsinα＝0 ②②÷①得F′＝mgtanα＝2×10－3×10×1N＝2×10－2N。根据牛顿第三定律有F＝F′＝2×10－2N，(2)根据库仑定律F′＝keq\f(qQ,r2)∴q＝eq\f(F′r2,kQ)＝eq\f(2×10－2×0.32,9×109×4.0×10－6)C＝5.0×10－8C。能力提升一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)1．(2016·哈尔滨六中高二上学期检测)如图所示，在一绝缘斜面C上有一带正电的小物体A处于静止状态。现将一带正电的小球B沿以A为圆心的圆弧缓慢地从P点转至A正上方的Q点处，已知P、A在同一水平线上，且在此过程中物体A和C始终保持静止不动，A、B可视为质点。关于此过程，下列说法正确的是eq\x(导学号74700046)(A)A．物体A受到斜面的支持力先增大后减小B．物体A受到斜面的支持力一直增大C．地面对斜面C的摩擦力先增大后减小D．地面对斜面C的摩擦力先减小后增大解析：对A研究：P对A的库仑力垂直于斜面方向的分力，先逐渐增大后逐渐减小，当库仑力与斜面垂直时最大，设该分力为F′，根据平衡条件：斜面对A的支持力N＝mgcosα＋F′，可知N先增大后减小，故A正确，B错误。以A和C整体为研究对象，分析受力情况如图所示。设P对A的库仑力大小为F，与竖直方向的夹角为θ。根据平衡条件得：f＝Fsinθ由于F大小不变，θ减小，则知地面对斜面C的摩擦力逐渐减小，故C、D错误，故选A。2．(2016·江西鹰潭一中高二上学期检测)如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离为l，为球半径的3倍。若使它们带上等量异种电荷，两球电量的绝对值均为Q，那么，a、b两球之间的万有引力F引、库仑力F库分别为eq\x(导学号74700047)(D)A．F引＝Geq\f(m2,l2)，F库＝keq\f(Q2,l2) B．F引≠Geq\f(m2,l2)，F库≠keq\f(Q2,l2)C．F引≠Geq\f(m2,l2)，F库＝keq\f(Q2,l2) D．F引＝Geq\f(m2,l2)，F库≠keq\f(Q2,l2)解析：万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然两球心间的距离l只有半径的3倍，但由于壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看做质量集中于球心的质点。因此，可以应用万有引力定律。对于a、b两带电球壳，由于两球心间的距离l只有半径的3倍，不能看成点电荷，不满足库仑定律的适用条件，故D正确。,3.一根放在水平面内的绝缘光滑玻璃管，内部有两个完全相同的弹性金属小球A和B，带电荷量分别为＋9Q和－Q。两小球从图示位置由静止释放，那么，两小球再次经过图示位置时，A球的瞬时加速度为释放时的eq\x(导学号74700048)(A)A．eq\f(16,9)倍 B．eq\f(9,16)倍 C．1倍 D．eq\f(3,20)倍解析：设图示位置时两小球之间的距离为r，则释放时两小球之间的静电力大小为F＝keq\f(9Q2,r2)，由牛顿第二定律可得释放时A球的瞬时加速度a1＝eq\f(F,m)＝eq\f(9kQ2,mr2)。释放后在静电引力作用下，两小球接触后再分开，电量先中和再平分，二者带了等量同种电荷，当再次经过图示位置时，两小球之间的静电力大小为F′＝keq\f(4Q2,r2)＝keq\f(16Q2,r2)，A球的瞬时加速度为a2＝eq\f(F′,m)＝eq\f(16kQ2,mr2)，所以eq\f(a2,a1)＝eq\f(16,9)。A正确。4．(2016·天津一中高二上学期月考)如图所示，水平天花板下用长度相同的绝缘细线悬挂两个相同的带电介质小球A、B，左边放一个带电荷量为＋Q的固定球时，两悬线都保持竖直方向。下列说法中正确的是eq\x(导学号74700049)(BC)A．A球带正电，B球带正电，并且A球带电荷量较小B．A球带负电，B球带正电，并且A球带电荷量较小C．A球带负电，B球带正电，并且B球带电荷量较大D．A球带正电，B球带负电，并且B球带电荷量较大解析：存在固定球时，对A、B球受力分析，由于悬线都沿竖直方向，说明水平方向各自所受电场力合力为零，说明A球带负电而B球带正电。根据库仑定律A离固定球近，所以A球带电荷量较小，B球带电荷量较大。故A、D错误，B、C正确。5．(2017·江西省宜春市高二上学期期末)如图所示，a、b是两个带有同种电荷的小球，用绝缘丝线悬挂于同一点，两球静止时，它们距水平面的高度相等，绳与竖直方向的夹角分别为α、β，且β＞α。若同时剪断两根细线，空气阻力不计，两球带电荷量不变，则eq\x(导学号74700050)(AB)A．a球的质量比b球的大 B．a、b两球同时落地C．a球的电荷量比b球的大 D．a、b两球飞行的水平距离相等解析：对小球受力分析，根据平衡条件有：mag＝eq\f(F库,tanα)，mbg＝eq\f(F库,tanβ)，由于β＞α，所以ma＞mb，故A正确；ma＞mb，因此水平方向上，a的加速度小于b的加速度。竖直方向上作自由落体运动，根据运动的独立性可知，两球同时落地，故B正确；a球的电荷量和b球的电量大小无法判断，故C错误；由于a的加速度小于b的加速度，因此a球水平飞行的距离比b球小，故D错误。故选AB。二、非选择题6．一半径为R的绝缘球壳上均匀的带有电量为＋Q的电荷，另一电量为＋q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为零，现在球壳上挖去半径为r(r≪R)的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受力的大小为__k____(已知静电力常量为k)，方向__由球心指向小孔中心____。eq\x(导学号74700051)解析：绝缘球壳电荷的面密度为：σ＝eq\f(Q,4πR2)球壳上挖去半径为r的小圆孔，去掉的电量为q′，则：q′＝σπr2＝eq\f(Qr2,4R2)与球心O对称位置相应电荷对球心电荷的库仑力大小为F＝keq\f(qq′,R2)＝keq\f(Qqr2,4R4)是斥力，方向由球心指向小孔中心。7．(2016·江苏省天一中学高二检测)如图所示，竖直平面内有一圆形光滑绝缘细管，细管截面半径远小于半径R，在中心处固定一电荷量为＋Q的点电荷。一质量为m、电荷量为＋q的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动，当小球运动到最高点时恰好对细管无作用力，求当小球运动到最低点时对管壁的作用力大小。eq\x(导学号74700052)答案：6mg解析：设小球在最高点时的速度为